CN111533232A - 一种沉锂尾液除碳装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种沉锂尾液除碳装置及系统。沉锂尾液除碳装置包括沉锂尾液泵9、盐酸泵8、反应容器4和pH值在线监测分析仪19。盐酸泵与设置在反应容器内的盐酸喷射盘管5连接。锂尾液泵与设置在反应容器内的沉锂尾液喷射管12a连接。反应容器4与母液主排出管28连接。pH值在线监测分析仪19安装在反应容器上监测反应容器内液体的pH值。反应容器4上安装有液位计14。沉锂尾液与盐酸在反应容器4内混和，沉锂尾液中的碳酸钠与盐酸反应被除去。与沉锂尾液与盐酸在摊晒盐田或中和搅拌罐中混合反应相比，可自动化除碳，防止母液pH值过高或过低等造成的及母液质量不合格，由沉锂尾液中更有效的提取锂资源。

Description

一种沉锂尾液除碳装置及系统

技术领域

本发明涉及吸附法生产碳酸锂技术领域，具体涉及一种沉锂尾液除碳装置及系统。

背景技术

目前，我国碳酸锂生产主要有电渗析法、萃取法、煅烧法、沉淀法、吸附法等。在柴达木盆地的盐湖卤水中拥有生产所需的锂资源，盐湖卤水中的镁锂比约为500:1。在这种超高镁锂比因素制约下，采用国内常用的电渗析法、萃取法、煅烧法、沉淀法等提取锂资源比较困难，需要使用离子树脂交换吸附法提锂技术生产碳酸锂。

其主要工艺为钾肥生产排放的老卤(镁锂比500：1)，经泵输送至填装锂选择性吸附树脂的吸附塔，吸附，尾卤排放。吸附饱和后采用锂洗工艺套洗除床层内夹带的氯化镁，再淋洗，得到合格的氯化锂溶液(简称合格液)。合格液经深度除镁、浓缩、分离后与碳酸钠溶液反应制得碳酸锂。在此过程中合格液经过真空水平带式过滤机洗涤过滤、配浆洗涤、离心分离工序时会产生大量的沉锂尾液(锂含量高于成锂卤水)，沉锂尾液直接排入防渗盐田摊晒蒸发浓缩除碳后再次利用。

目前采用的除碳方法有直接在盐田中加酸中和或在中和罐中将两种介质通过搅拌器搅拌混合进行中和，以上两种方法在使用中均存在混合反应不均匀pH值不好控制的情况发生，造成盐田母液质量不合格，经泵输送到后续生产系统后对后续生产造成严重影响，影响产品质量及生产，造成很大经济损失。

因此需要一种在碳酸锂生产沉锂尾液回收中能高效除碳的一种工具。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对沉锂尾液进行处理的除碳装置及系统，以替代在盐田进行的除碳。

第一技术方案为一种沉锂尾液除碳装置，其特征在于，包括沉锂尾液泵(9)、盐酸泵(8)、反应容器(4)；所述反应容器(4)为有底筒状结构，顶部由顶盖(16)封闭，

所述盐酸泵(8)通过管道(12)与设置在所述反应容器(4)内的盐酸喷射盘管(5)连接，所述沉锂尾液泵(9)通过管道(3)与设置在所述反应容器(4)内的沉锂尾液喷射管(12a)连接；

所述反应容器(4)的侧壁底部设置有母液排出口(21)，母液排出口(21)通过管道与母液主排出管(28)连接，与所述母液排出口(21)连接的管道上设置有控制阀(23)；

所述盐酸喷射盘管(5)绕所述反应容器(4)周向呈螺旋状安装在所述反应容器(4)内壁上，面朝所述反应容器(4)中心的所述盐酸喷射盘管(5)管壁上开设有喷射孔(7)，

优选，在所述盐酸喷射盘管(5)上，位于所述盐酸喷射盘管(5)上段和下段上的所述喷射孔(7)孔径大于，位于所述盐酸喷射盘管(5)中段上的所述喷射孔(7)孔径。

优选，所述沉锂尾液进液管(12a)包括第一直管段、弯头和第二直管段，所述第一直管段与所述第二直管段通过所述弯头连接。

优选，所述第一直管段与所述第二直管段之间的夹角为90°，所述第一直管段中心线和所述第二直管段中心线与所述反应容器(4)中心线垂直。

优选，所述反应容器(4)侧壁上设有与所述管道(3)连接的第一沉锂尾液进液孔(2u)和第二沉锂尾液进液孔(2d)、与所述管道(12)连接的盐酸进液孔(3a)；

所述第一沉锂尾液进液孔(2u)和所述第二沉锂尾液进液孔(2d)设置在邻近顶盖(16)和邻近反应容器(4)的位置，所述盐酸进液孔(3a)设置在第一沉锂尾液进液孔(2u)和所述第二沉锂尾液进液孔(2d)之间的位置，侧面看时位于所述盐酸喷射盘管(5)区域内。

优选，还包括超声波液位计(5)和位移型液位计(18)，所述超声波液位计(5)安装在所述反应容器(4)顶部，所述位移型液位计(18)安装在所述反应容器(4)侧壁上。

优选，所述管道(12)上沿着所述盐酸泵(8)的出液方向，依次安装有控制球阀(1b)和止回阀(11)，

所述管道(3)上沿着所述沉锂尾液泵(9)的出液方向依次安装有控制球阀(2b)和止回阀(11)，

优选，所述反应容器(4)的顶盖(16)上设有与所述反应容器(4)内部连通的放空管(15)。

优选，所述位移型液位计18的两端封闭，所述位移型液位计(18)的下接口通过液位计控制阀(24d)与设置在反应容器4内部连通，所述位移型液位计(18)的上接口通过液位计控制阀(24u)与设置与反应容器(4)的内部连通。

第二技术方案为一种沉锂尾液除碳系统，其特征在于，包括分布式控制器(30)、超声波液位计(14)、pH值在线监测分析仪(19)和沉锂尾液除碳装置，

所述超声波液位计(14)监测所述沉锂尾液除碳装置中反应容器的液位高低，所述pH值在线监测分析仪(19)监测所述沉锂尾液除碳装置中反应容器内液体的pH值，

所述分布式控制器(30)根据所述超声波液位计(14)监测到的液位、所述pH值在线监测分析仪(19)监测到的pH值控制沉锂尾液泵(9)、盐酸泵(8)，

所述沉锂尾液装置为权利要求1～9任一所述的沉锂尾液除碳装置。

附图说明

图1为本发明提供的沉锂尾液除碳装置的结构示意图；

图2为本发明提供的沉锂尾液除碳装置的反应容器水平面剖视结构示意图；

图3为本发明提供的沉锂尾液除碳系统中的分布式控制系统的说明图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案与效果表述更加清楚，下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。应该理解，此处描述的具体实施方式仅仅用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。

如图1所示，本发明的沉锂尾液除碳装置由反应容器4和周边组件构成。反应容器4为圆形有底筒状结构的反应釜，顶部设置有顶盖16，顶盖16由螺栓17固定在反应容器4顶部筒口，两者之间通过密封圈13密封，形成一个封闭的腔体。反应容器4的顶盖16上设有与反应容器4内部连通的放空管15。

反应容器4内部设置有盐酸喷射盘管5。盐酸喷射盘管5呈螺旋状，圈与圈之间具有均匀的间隔，通过固定夹6固定在反应容器4内壁上(参照图2)。

在反应容器4侧壁上由上至下依次形成有第一沉锂尾液进液孔2u、盐酸进液孔3a和第二沉锂尾液进液孔2d。第一沉锂尾液进液孔2u、盐酸进液孔3a和第二沉锂尾液进液孔2d侧面看时，位于盐酸喷射盘管5区域内。盐酸进液孔3a位于盐酸喷射盘管5中间与盐酸喷射盘管5连通。

第一沉锂尾液进液孔2u和第二沉锂尾液进液孔2d邻近盐酸喷射盘管5的最上端和最下端，在反应容器4内部设置有分别与第一沉锂尾液进液孔2u和第二沉锂尾液进液孔2d连通的沉锂尾液进液管12a。两个沉锂尾液进液管12a除设置位置不同外，其余均相同，以下对与第一沉锂尾液进液孔2u连通的沉锂尾液进液管12a进行说明。

如图2所示，沉锂尾液进液管12a由与第一沉锂尾液进液孔2u连通的第一直管段、弯头和第二直管段组成。第一直管段与第二直管段通过所述弯头流体导通连接，第一直管段与第二直管段之间的夹角为90°。第一直管段的中心线和所述第二直管段中心线与反应容器4中心线垂直，第二直管段作为出液口，沿反应容器4内壁喷出沉锂尾液。作为出液口的第二直管段位于盐酸喷射盘管5的内侧(靠近反应容器的中心)，第二直管段喷射出的沉锂尾液与盐酸喷射盘管5喷射的盐酸呈交叉状。

第一沉锂尾液进液孔2u的锂尾液进液管12a和第二沉锂尾液进液孔2d的锂尾液进液管12a的喷射方向相同。在本实施方式中，分别沿反应容器4内壁逆时针方向喷射沉锂尾液。

盐酸喷射盘管5的两端封闭，在管壁上开设有喷射孔7。如图2所示，喷射孔7面朝反应容器4中心线，喷射孔7的中心线与反应容器4中心线垂直。位于盐酸喷射盘管5的上段(约整个盘管的1/3)和下段(约整个盘管的1/3)上的喷射孔7孔径比位于盐酸喷射盘管5中段(约整个盘管的1/3)上的喷射孔7大。使整个盐酸喷射盘管5的各个喷射孔能喷射出流量大致相同的盐酸，即，盐酸喷射盘管5中段由于靠近盐酸进液孔3a，压力比盐酸喷射盘管5的上段和下段大，孔径设置得相对较小，保证了整个盐酸喷射盘管5的各个喷射孔7喷射的流量大致相同。

盐酸泵8的出液端与管道12连接，管道12的另一端通过法兰与盐酸进液孔3a连接，与设置在反应容器4内的盐酸喷射管5连通。

盐酸泵8出液端的管道12上沿盐酸泵8出液方向依次安装有压力表10、控制球阀1b和止回阀11。

沉锂尾液泵9的出液端与管道3连接，管道3的另一端分别通过法兰与第一沉锂尾液进液孔2u和第二沉锂尾液进液孔2d连接，与反应容器4内的沉锂尾液进液管12a连通。

沉锂尾液泵9出液端的管道3上沿沉锂尾液泵9出液方向依次安装有压力表10、控制球阀2b和止回阀11。

盐酸泵8和沉锂尾液泵9的进液端分别安装有控制球阀1a、1b。

反应容器4的侧壁上位于底部位置，设置有母液排出口21，母液排出口21通过法兰与母液主排出管28连通，与母液主排出管28连通的管路上设置有控制阀23。

反应容器4的侧壁上位于顶部位置，设置有与反应容器4内部连通的溢流孔26。溢流管20通过法兰与溢流孔26连接，溢流管20的另一端与母液主排出管28连通，在溢流管20的管路中设置有控制阀22。

溢流孔26位于盐酸喷射盘管5上方位置的高液位，即图1中A点所在的高度(合格液位)。

在反应容器4侧壁安装有位移型液位计18，位移型液位计18的两端封闭。位移型液位计18的下接口通过液位计控制阀24d与设置在反应容器4侧壁的下液位计通孔连通。下液位计通孔设置在反应容器4侧壁的底部略高于母液排出口21的位置，位移型液位计18的上接口通过液位计控制阀24u与设置在反应容器4顶部的上液位计通孔25与反应容器4的内部连通。上液位计通孔25略高于溢流孔26的位置，即图1中B点所在的高度。

由于位移型液位计18的上端与反应容器4的内部连通，与上端开口的液位计相比，反应容器4内液体不会通过位移型液位计18与外界连通，保护了作业环境。

反应容器4的底部中央设置有排净口27。排污管通过法兰与排净口27连接，排污管的另一端与母液主排出管28连通。排污管的管路上设置有排尽阀29。

反应容器4的顶盖16中央安装有超声波液位计14。在反应容器4侧壁的中部位置设置pH值在线监测分析仪19。

实施例

在本实施方式中反应容器4的直径为3m、高为4m。

上段和下段上的喷射孔7孔径为6～8mm，中段上的喷射孔7孔径为4～6mm，相邻两个喷射孔7之间的距离为10～15cm。孔径为4～6mm，在同一所述盐酸喷射盘管5管段上相邻的两个所述喷射孔7之间的距离为10～15cm。

第一沉锂尾液进液孔2u距离反应容器4底部2.9m；第二沉锂尾液进液孔2d距离反应容器4底部0.9m；设置在反应容器4中部的盐酸进液孔3a距离反应容器4底部1.9m的位置。盐酸喷射盘管5最下面一盘距离反应容器4底部5～8cm，盐酸喷射盘管5最上面一盘低于合格液位下线5～8cm，合格液位(图1中A)为3.6m(含)～3.8m(不含)。

母液排出口21设置在盐酸喷射盘管5最下面一盘下方。

沉锂尾液除碳系统由沉锂尾液除碳装置和分布式控制器构成。

图3为本发明提供的沉锂尾液除碳系统中的分布式控制器的说明图。

如图3所示，分布式控制器(DCS)30与pH值在线监测分析仪19、管道12上的压力表10(10a)、管道3上的压力表10(10b)、超声波液位计14、盐酸泵8、沉锂尾液泵9、控制球阀23、控制球阀22连接。

利用沉锂尾液除碳系统对沉锂尾液进行除碳时，首先打开控制球阀1a、1b。分布式控制器(DCS)30远程启动沉锂尾液泵9，将沉锂尾液通过泵入反应容器4内。沉锂尾液由沉锂尾液进液管12a在水平方向上沿反应容器4的侧壁喷出，并逆时针方向沿反应容器4的侧壁进行旋转。

待反应容器4内液位上升至距离反应容器4底部3m时，分布式控制器30启动盐酸泵8，将盐酸泵入反应容器4内并经所述盐酸喷射盘管5喷入反应容器4内，盐酸与反应容器4内逆时针旋转的沉锂尾液充分混合，与沉锂尾液中的碳酸钠产生反应，除去沉锂尾液中的碳酸钠成分。当反应容器4内液位继续上升至合格液位下限3.6m时，根据pH值在线监测分析仪19所监测到的反应容器4内溶液的pH值实时控制所述盐酸泵8的流量，使反应容器4内混合溶液pH值为5.8～7.2范围内。故正常运行状态及指定条件下反应容器4内混合溶液的pH值一直处于正常的5.8～7.2范围内。

分布式控制器30开启反应容器4上设置在母液主排出管28中的控制阀23，通过母液主排出管28将处理后的沉锂尾液输送至摊晒盐田。通过控制阀23的排液速度小于沉锂尾液泵9泵入沉锂尾液的速度。

由于沉锂尾液中富含锂，并且经过除碳，经盐田摊晒蒸发浓缩后可直接作为原料用于提锂。

分布式控制器30根据超声波液位计14的检测值，当反应容器4内的液位上升至合格液位3.7m，即液位处于图1中A点所示位置，分布式控制器30打开设置在溢流管20中的控制球阀22，溢流管20开始排液，此时处于稳定状态。控制球阀22也可以预先打开。即，本实施方式中，经盐酸泵8和沉锂尾液泵9加压后得到的沉锂尾液总量＜常压下反应容器4通过母液主排出管28流量与溢流管20流量之和，故进出量达到平衡，液位保持在溢流孔26所在的A点高度(合格液位)不变。

停车时，分布式控制器30停运沉锂尾液泵9和盐酸泵8，根据超声波液位计14的检测值，当反应容器4内液位降至低液位即位移型液位计18显示0.1m时，关闭母液主排出管28上的控制阀23，系统停止运行。若反应容器4需进行检修，打开反应容器4底部的排尽阀29将反应容器4内的溶液排尽并经置换合格。且其他检修条件具备后打开反应容器4顶盖进行检修。

当母液主排出管28出现堵塞时或其他事故时，当超声波液位计14的检测到液位达到高液位3.8m时，即当液位达到图1中B点所示位置时，分布式控制器30将盐酸泵8和沉锂尾液泵9停运，使系统进入自动停车状态，并通过溢流管20和母液主排出管28进行自动排液。

本实施例中，所述分布式控制器30对所述盐酸泵8、所述沉锂尾液泵9等的控制阀23均是依靠现有DCS编程进行的。

本发明的有益效果为：

1.通过沉锂尾液除碳系统的处理，能有效防止因沉锂尾液与盐酸在摊晒盐田或中和搅拌罐中不能充分混合并能使沉锂尾液与盐酸反应完全，避免母液因PH值过高或过低及母液因质量不合格对生产造成严重影响的情况发生。

2.充分清除了摊晒盐田母液中碳酸根离子，防止人工直接加酸导致设备故障、损坏及物料不均匀未充分中和造成母液处理不合格有很好的使用效果，解决了人工直接加酸导致设备故障、损坏及物料不均匀未充分中和造成母液处理不合格影响后续正常生产的问题，并有制作简单、投入低、安装方便、快捷、使用效果好等优点。

3.减少了操作人员，从而减少了酸碱对员工危险性，同时提高了盐田母液PH值控制准确率，降低了企业人工、物料成本从而降低了生产成本，提高了员工安全性，用小的投入给企业带来了大的经济效益和人员安全保障。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明描述的技术范围内，可轻易得到的变化与替换方案，都应该包含在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种沉锂尾液除碳装置，其特征在于，包括沉锂尾液泵(9)、盐酸泵(8)、反应容器(4)；所述反应容器(4)为有底筒状结构，顶部由顶盖(16)封闭，

所述盐酸泵(8)通过管道(12)与设置在所述反应容器(4)内的盐酸喷射盘管(5)连接，所述沉锂尾液泵(9)通过管道(3)与设置在所述反应容器(4)内的沉锂尾液喷射管(12a)连接；

所述反应容器(4)的侧壁底部设置有母液排出口(21)，母液排出口(21)通过管道与母液主排出管(28)连接，与所述母液排出口(21)连接的管道上设置有控制阀(23)；

所述盐酸喷射盘管(5)绕所述反应容器(4)周向呈螺旋状安装在所述反应容器(4)内壁上，面朝所述反应容器(4)中心的所述盐酸喷射盘管(5)管壁上开设有喷射孔(7)。

2.根据权利要求1所述的沉锂尾液除碳装置，其特征在于，在所述盐酸喷射盘管(5)上，位于所述盐酸喷射盘管(5)上段和下段上的所述喷射孔(7)孔径大于，位于所述盐酸喷射盘管(5)中段上的所述喷射孔(7)孔径。

3.根据权利要求1所述的沉锂尾液除碳装置，其特征在于，所述沉锂尾液进液管(12a)包括第一直管段、弯头和第二直管段，所述第一直管段与所述第二直管段通过所述弯头连接。

4.根据权利要求3所述的沉锂尾液除碳装置，其特征在于，所述第一直管段与所述第二直管段之间的夹角为90°，所述第一直管段中心线和所述第二直管段中心线与所述反应容器(4)中心线垂直。

5.根据权利要求1～5任一所述的沉锂尾液除碳装置，其特征在于，所述反应容器(4)侧壁上设有与所述管道(3)连接的第一沉锂尾液进液孔(2u)和第二沉锂尾液进液孔(2d)、与所述管道(12)连接的盐酸进液孔(3a)；

所述第一沉锂尾液进液孔(2u)和所述第二沉锂尾液进液孔(2d)设置在邻近顶盖(16)和邻近反应容器(4)的位置，所述盐酸进液孔(3a)设置在第一沉锂尾液进液孔(2u)和所述第二沉锂尾液进液孔(2d)之间的位置，侧面看时位于所述盐酸喷射盘管(5)区域内。

6.根据权利要求1～5任一所述的沉锂尾液除碳装置，其特征在于，还包括超声波液位计(5)和位移型液位计(18)，所述超声波液位计(5)安装在所述反应容器(4)顶部，所述位移型液位计(18)安装在所述反应容器(4)侧壁上。

7.根据权利要求1～5任一所述的沉锂尾液除碳装置，其特征在于，

所述管道(12)上沿着所述盐酸泵(8)的出液方向，依次安装有控制球阀(1b)和止回阀(11)，

所述管道(3)上沿着所述沉锂尾液泵(9)的出液方向依次安装有控制球阀(2b)和止回阀(11)。

8.根据权利要求1～5任一所述的沉锂尾液除碳装置，其特征在于，

所述反应容器(4)的顶盖(16)上设有与所述反应容器(4)内部连通的放空管(15)。

9.根据权利要求1～5任一所述的沉锂尾液除碳装置，其特征在于，

所述位移型液位计18的两端封闭，所述位移型液位计(18)的下接口通过液位计控制阀(24d)与设置在反应容器4内部连通，所述位移型液位计(18)的上接口通过液位计控制阀(24u)与设置与反应容器(4)的内部连通。

10.一种沉锂尾液除碳系统，其特征在于，包括分布式控制器(30)、超声波液位计(14)、pH值在线监测分析仪(19)和沉锂尾液除碳装置，

所述超声波液位计(14)监测所述沉锂尾液除碳装置中反应容器的液位高低，所述pH值在线监测分析仪(19)监测所述沉锂尾液除碳装置中反应容器内液体的pH值，

所述分布式控制器(30)根据所述超声波液位计(14)监测到的液位、所述pH值在线监测分析仪(19)监测到的pH值控制沉锂尾液泵(9)、盐酸泵(8)，

所述沉锂尾液装置为权利要求1～9任一所述的沉锂尾液除碳装置。

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